1. 功能简介
 

1.1 功能概述
 

GCAN-IO-8001 CANopen 总线耦合器可以用于连接CAN 总线系统与分布式总线端子模块，这些端子模块可以通过模块化的方式进行扩展。一个完整的节点由一个总线耦合器、1-32 个任意数量的端子模块以及一个终端端子模块（GC0002）组成。采用GCAN-IO-8001 总线耦合器，通过GC-bus 扩展技术，可极为方便地建立I/O 连接，最多可连接32 个输入/输出端子模块。
 

GCAN-IO-8001 CANopen 总线耦合器采用符合ISO 11898 标准的CAN 总线协议。GCAN-IO-8001 总线耦合器不仅支持所有类型的CANopen 通讯，也可以轻松地应用于制造商特定的CAN 总线环境中。除此之外，通过USB 接口还可以

对固件进行升级。
 

GCAN-IO-8001 总线耦合器可连接所有的总线端子模块。就用户而言，模拟量输入/输出信号的处理方式与其它种类信号的处理方式没有任何区别。控制器过程映像区内的信息以字节阵列格式显示。GCAN-IO-8001 总线耦合器支持自动

组态，您无需在PC 上设置参数。
 

1.2性能特点
 

● CANopen波特率支持1000k、500k、250k、125k、100k、50k、20k、10k；

● PDO模式支持同步、循环同步、事件驱动、轮询；

● 在电源供应充足情况下可扩展IO模块数量最多为32个（最多32x16个DI/DO点）；

● 发送PDO（CANopen）由扩展的输入模块数量决定，接收PDO（CANopen）由扩展的输出模块数量决定；

● 组态方式为自动组态形式；

● 电源采用24V DC（-15%/+20%）；

● 输入电流为70mA+（总GC-bus电流），最大为2.5A；

● 启动电流：约为2.5倍的持续电流；

● 电源供电：最大24V DC/最大10A；

● 电气隔离为1500 Vrms；

● 工作温度范围：-40℃~+85℃；
 

1.3典型应用
 

● 与分布式总线端子模块相连接，构成一个完整的控制节点；

● 执行数据采集并以CANopen协议进行数据传输。
 

2.设备安装与使用
 

本章节将详细说明GCAN-IO-8001总线耦合器的外观尺寸，安装方法、接线方法、指示灯的含义与接口的含义。
 

2.1模块外观
 

GCAN-IO-8001总线耦合器的尺寸如图2.1所示。

图2.1 GCAN-IO-8001 CANopen总线耦合器外观及尺寸图

2.2模块安装
 

GCAN-IO-8001总线耦合器的锁定和解锁状态如图2.2所示。当模块未安装在导轨上时，请将导轨锁扣保持在锁定状态，如长时间处于解锁状态，可能会导致锁扣失效。

图2.2 GCAN-IO-8001 总线耦合器模块锁定和解锁状态

GCAN-IO-8001 总线耦合器的安装方法如图2.3 所示，您可以使用一字螺丝刀进行辅助安装拆卸。首先把GCAN-IO-8001 总线耦合器安装在导轨上，再按下锁扣并发出“咔”的一声。

图2.3 GCAN-IO-8001 EtherCAT 总线耦合器模块安装

GCAN-IO-8001 总线耦合器最多可以连接32 个分布式总线端子模块。插入总线端子模块时，一定要沿着凹槽，在已有模块的右侧顺次插入，再按下锁扣并并发出“咔”的一声。在整个节点的最右端，您需要安装终端端子模块，请注意终端模块安装方向。该终端可以保障GC-Bus 的数据传输与电力供应。

终端模块正确安装方向如图所示：

当您正确组装节点时，在端子模块之间不会存在明显的缝隙。如果模块之间未被正确组装，整个节点将不会正常运行。
 

2.3 模块拆卸
 

如图2.4 所示，使用一字螺丝刀或类似工具向上撬动导轨锁扣，在凸起部位将模块向外拉出，将模块取出。

图2.4 GCAN-IO-8001 总线耦合器拆卸

2.4 接线方法
 

使用一字端子接头的线缆，将端子接头对准相应通道的圆孔插入即可；拆线时，需使用一字螺丝刀，插入需拆线的通道旁对应橘黄色方形孔，用力向下按压，此时相应圆孔中的夹片会松动，线缆即可轻松拔出。
 

2.5 系统状态指示灯
 

GCAN-IO-8001 总线耦合器具有一组状态指示灯，用以指示电源、系统、总线等的状态。

指示灯的具体指示功能见表2.1。指示灯处于不同状态下时，GCAN-IO-8001模块状态如表2.2所示。

表2.1 GCAN-IO-8001总线耦合器模块指示灯

表2.2 GCAN-IO-8001总线耦合器模块指示灯状态

3. 通信连接
 

3.1 耦合器接口
 

GCAN-IO-8001 外观如图3.1 所示。GCAN-IO-8001 CANopen 总线耦合器包含1 个通信接口，一个USB 接口。其中，通信接口包括1 个CAN 总线接口，USB 接口可用来升级固件。

图3.1 GCAN-IO-8001 CANopen 总线耦合器外观图

表3.1 GCAN-IO-8001 CANopen总线耦合器模块CAN和电源接线端子定义

3.2 通过CAN 总线通信
 

GCAN-IO-8001 模块接入CAN 总线连接方式如图3.2 中介绍，将CAN_H连CAN_H，CAN_L 连CAN_L 即可建立通信。
 

CAN-bus 网络采用直线拓扑结构，总线最远的2 个终端需要安装120Ω的终端电阻；如果节点数目大于2，中间节点不需要安装120Ω的终端电阻。对于分支连接，其长度不应超过3 米。CAN-bus 总线的连接如图3.2 所示。

图3.2 CAN-bus 网络的拓扑结构

请注意：CAN-bus电缆可以使用普通双绞线、屏蔽双绞线。理论最大通信距离主要取决于总线波特率，最大总线长度和波特率关系详见表3.2。若通讯距离超过1km，应保证线的截面积大于Φ1.0mm2，具体规格应根据距离而定，常规是随距离的加长而适当加大。

表3.2 波特率与最大总线长度参照表

3.3 CAN 总线终端电阻
 

为了增强CAN 通讯的可靠性，消除CAN 总线终端信号反射干扰，CAN 总线网络最远的两个端点通常要加入终端匹配电阻，如图3.3 所示。终端匹配电阻的值由传输电缆的特性阻抗所决定。例如双绞线的特性阻抗为120Ω，则总线上的两个端点也应集成120Ω终端电阻。如果网络上其他节点使用不同的收发器，则终端电阻须另外计算。

图3.3 GCAN-IO-8001 与其他CAN 节点设备连接

请注意：GCAN-IO-8001模块内部未集成120Ω终端电阻。如果节点数目大于2，中间节点不需要安装120Ω的终端电阻。需要使用时，将电阻两端分别接入CAN_H、CAN_L即可，如图3.3所示。
 

3.4 CAN 节点号配置
 

如图3.4 所示，拨码开关的每个位拨向“ON“位置时，该位为“1”，如果拨向“OFF”位置，则该位为“0”。拨码开关的1－7 位用于设定模块的节点号(MAC ID)，第7 位为最低位，第1 位为最高位，模块的节点号(MAC ID)是各位对应的十进制值之和，通过拨码开关设定模块的节点号(MAC ID)的有效范围为0～127。

图3.4 CAN 节点号配置说明

3.5 CAN 波特率配置
 

拨码开关的1-4 位用于设定模块的波特率。波特率与开关设置对应值如下表3.3 所示。

请注意：拨码开关第5 位为IAP 拨码，默认为OFF（下方），请不要拨动。

表3.3 CAN 波特率配置说明

3.6 GCAN-8001 对象字典

4. 通信协议
 

GCAN-IO-8001 执行CANopen 通信协议， 为CANopen 从站设备。
 

GCAN-IO-8001 模块采用PDO（Process Data Object，过程数据对象）对数字量信号进行采集或输出。
 

当搭载GC-1416 或GC-3008 模块时，GCAN-IO-8001 将发出TPDO 数据，典型的帧ID 如0x181、0x281 等。当搭载GC-2416 模块时，GCAN-IO-8001 将接收RPDO 数据，典型的帧ID 如0x201、0x301 等。
 

本章将使用广成科技USBCAN-II Pro 模块及ECANTools 软件可以进行CAN总线数据的接收与发送。软件附带的CANopen 主站功能可以帮助调试CANopen从站，非常的方便实用。
 

使用广成科技的USBCAN 总线分析仪可模拟CAN 总线通信设备，进行GCAN-IO-8000 模块的通讯测试。USBCAN 总线分析仪是一种直观的CAN 总线调试分析工具，使用该设备可以通过电脑监控、模拟CAN 数据收发，是从事CAN

总线行业的工程师必备的工具。
 

4.1 NMT 命令
 

GCAN-IO-8001 模块满足标准CANopen CiA301 协议，是标准的CANopen从站设备。GCAN-IO-8001 启动后将主动发出一帧命令给主站，帧ID 为0x700+Node ID，帧数据为0x7F。
 

例如：通过拨码开关设置GCAN-IO-8001 的Node ID 为1，则USBCAN-II Pro作为主站设备可接收到一条启动命令，帧ID 为0x701，帧数据为0x7F。如图4.1所示，使用ECANTools 软件可以收到这条数据。

图4.1 启动命令监控界面

GCAN-IO-8001 模块接收由主站发出的操作指令，帧ID 为0x000，DLC 为2，帧数据第一个字节为命令符，第二个字节为节点号（00 则为全部节点）。
 

例如：GCAN-IO-8001 的Node ID 为1，命令GCAN-IO-8001 为进入操作状态（01），则NMT 命令帧ID 为0x000，帧数据为0x01,0x01。该命令也可由ECANTools 软件的CANopenMaster 插件发出。NMT 的详细指令可参考附录B.4

CANopen 通信。

图4.2 NMT 命令发送界面

使用ECANTools 软件命令GCAN-IO-8001 进入操作状态的步骤是：①将从站节点号填入ID 后面的文本框中，②点击添加从站按钮，③打开节点左侧的+号，并点击“NMT”，④选择“Start Remote Node”（默认），点击下方的“NMT”按钮。如图4.3 所示，发送后可在ECANTools 监控界面中查看到NMT 命令。

接收到NMT 指令之后，GCAN-IO-8001 将开始广播PDO 数据，并发出帧ID为0x701，帧数据为0x05 的心跳指令，说明GCAN-IO-8001 已进入操作状态。

图4.3 NMT 命令监控界面

4.2 搭载GC-1416 模块
 

数字量输入的状态由二个字节来表示，通道16 在高位，通道1 在低位。
 

例如，GCAN-IO-8001 模块节点号设为1。通道8 和通道4 状态为1，其他状态均为0，则CAN 总线一端显示的DI 状态数据为88。则发出的帧ID 为0x181，数据长度（DLC）为8，帧数据为0x00，0x88，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00。请注意，仅插入一个GC-1416 模块时，帧数据中只有第一个字节和第二个字节是有效的。下表列举了两种常见的DI 状态及其对应的状态数据。

仅插入一个GC-1416 模块时，GCAN-IO-8001 模块发出的TPDO 数据帧ID为0x180+节点号（Node ID），数据长度为8，帧数据第一个字节和第二个字节即为该模块数字量输入状态。
 

4.3 搭载GC-2416 模块
 

例如，GCAN-IO-8001 模块节点号设为1。需设置通道8 和通道4 状态为1，设置其他状态均为0，则需要发送的CAN 总线DO 状态数据为88。需要发送给GCAN-IO-8001 的帧ID 为0x201，数据长度（DLC）为8，帧数据为0x5A，0x88，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00。请注意，帧数据中只有第一个字节和第二个字节是有效的。下表列举了DO 状态及其对应的状态数据。

GCAN-IO-8001 模块在接收RPDO 数据时，需保证帧ID 为0x200+节点号（Node ID），数据长度为8，帧数据只有第一个字节和第二个字节是有效的。即为需要设置的数字量输出状态。
 

4.4 搭载GC-3048 模块
 

每个通道由两个字节来表示，八个通道共十六个字节。
 

其中，代表第一通道的两个字节，第一个字节为高位，第二个字节为低位，如果传感器是10ma,接入3048 的第一通道则3048 显示的数据是32767。
 

例如，GCAN-IO-8001 模块节点号设为1。第一通道的数值为10ma。则发出的帧ID 为0x181，数据长度（DLC）为8，帧数据为0xFF，0x7F，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00，0x00。下表列举了CAN 数据及其对应的实际数值。

GCAN-IO-8001 模块在发出TPDO 数据时，帧ID 为0x180+节点号（Node ID），数据长度为8。如未接入PT100，则对应通道的CAN 数据会显示为FF 7F。
 

4.5 同时搭载多组模块
 

若GCAN-IO-8001 同时搭载多组GC-1416 模块，那么我们以它们距离GCAN-IO-8001 的远近，从近到远进行编号，离得最近的为1 号。GCAN-IO-8001耦合器发出的TPDO 数据将按照下表进行发送。例如，当GCAN-IO-8001 节点号为3 且同时搭载八个GC-1416 模块时，您将收到帧ID 为0x183、0x283 二组数据。其中，帧ID 为0x183 的八个数据字节依次对应1-4 号GC-1416 模块；帧ID 为0x283 的八个数据字节依次对应5-8 号GC-1416 模块；

表4.1 多组GC-1416 模块与CAN 数据对应关系

若GCAN-IO-8001 同时搭载多组GC-2416 模块，那么我们以它们距离GCAN-IO-8001 的远近，从近到远进行编号，离得最近的为1 号。GCAN-IO-8001耦合器接收的RPDO 数据需按照下表进行发送。例如，当GCAN-IO-8001 节点号为3 且同时搭载八个GC-2416 模块时，您需要发送帧ID 为0x203 和0x303 两组数据以控制全部的八个模块。其中，帧ID 为0x203 的八个数据字节依次对应1-4 号GC-2416 模块；帧ID 为0x303 的八个数据字节依次对应5-8 号GC-2416模块。

表4.2 多组GC-2416 模块与CAN 数据对应关系

若GCAN-IO-8001 同时搭载多组GC-3048 模块，那么我们以它们距离GCAN-IO-8001 的远近，从近到远进行编号，离得最近的为1 号。GCAN-IO-8001耦合器发出的TPDO 数据将按照下表进行发送。例如，当GCAN-IO-8001 节点号为3 且同时搭载2 个GC-3048 模块时，您将收到帧ID 为0x183 等四组数据。其中，帧ID 为0x183 的八个数据字节依次对应1 号GC-3048 模块的1—4 个通道；帧ID 为0x283 的八个数据字节依次对应1 号GC-3048 模块的5—8 个通道。帧ID 为0x383 的八个数据字节依次对应2 号GC-3048 模块的1—4 个通道；帧ID 为0x483 的八个数据字节依次对应2 号GC-3048 模块的5—8 个通道。

表4.3 多组GC-3048 模块与CAN 数据对应关系

若GCAN-IO-8001 同时搭载GC-1416 模块与GC-3048 模块，那么我们以它们距离GCAN-IO-8001 的远近，从近到远进行编号，离得最近的为1 号。GCAN-IO-8001 耦合器发出的TPDO 数据将按照下表进行发送。例如，当GCAN-IO-8001 模块节点号为3 且同时搭载2 个GC-1416 模块和1 个GC-3048模块时，您将收到帧ID 为0x183 和0x283 两组数据。数据对应关系如下表所示。

表4.4 多组GC-1416 模块与GC-3048 模块混用时与CAN 数据的对应关系

5. 技术规格

6. GC 系列模块选型表
 

GCAN-IO-8001 本身并不能执行完整的控制功能。一个完整的控制系统由一个总线模块控制器、若干GC 系列端子模块以及一个终端端子模块（GC-0002）组成。其中， GC 系列端子模块需在我司另行购买， 终端端子模块随GCAN-IO-8001 附赠。
 

GC 系列可编程控制器扩展模块目前包括：数字量输入扩展模块、数字量输出扩展模块、模拟量输入扩展模块、模拟量输出扩展模块四大类，具体的选型表如下表所示。